CN2652762Y - 电动助力转向系统 - Google Patents

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周旭光
付才林
张金涛
连孝藩
王传福
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Abstract

本实用新型公开了一种应用于汽车上的，对方向盘起助力转向作用的电动助力转向系统。包括ECU、传感器、助力转向电动机和助力转向传动机构。其中ECU包括MCU控制单元、电动机驱动电路和信号采集电路。另外还包括一个监控单元，该监控单元的输入端分别与信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路相连，输出端与MCU控制单元相连，实现对上述信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路的监控。还可以包括一个保护控制电路和一个CAN总线收发电路，以分别对上述监控对象进行保护以及使系统能通过所述CAN总线收发电路与外界进行通讯交流，并使系统具有故障自诊断能力。

Description

电动助力转向系统
【技术领域】
本实用新型涉及一种应用于汽车上的，对方向盘起助力转向作用的电动助力转向系统(Electrical Power Streering，简称EPS)。
【背景技术】
在大型汽车以及可高速行驶的轿车等车辆中，采用助力转向系统可以有效的提高转向的灵敏度、增加驾驶员操纵的便利性，从而提高汽车行驶的安全性能。在某些情况下，例如在重型汽车中，事实上，如果不采用助力转向系统，要实现方便的转向几乎是不可能的事情。应而，助力转向系统在现代的汽车装备当中已经成为日益重要的一个组成部分。
EPS是近年来兴起的一种新型的汽车助力转向系统。它主要由电子控制单元(Electric Control Unint，简称ECU)、传感器、助力转向电动机、以及助力转向传动机构等部分组成。其中传感器主要完成对扭矩信号、车速信号、发动机转速信号等各种信号进行的采集。ECU接受传感器收集的信息、并进行运算和处理、并把处理后的信息发送出去，以对电机转动的方向及助力大小进行控制。电动机接受ECU的指令驱动传动减速机构去完成助力转向的工作。中国专利CN1293133A就公开了一种类似的技术方案。
然而，由上述几个部分所组成的EPS系统在实际使用中，存在着一些不足之处：首先，系统本身没有配置有效的监控单元，缺乏对电路工作的有效的实时监控，当发生故障时，也不能对相关电路进行保护。因此，不能保证系统的安全性和可靠性。其次，它与汽车内其他部分的通讯交流是通过外接线路实现的，不是十分方便，并且成本较高，可靠性较差。当EPS系统内部发生故障时，不能将其故障代码发送给相关ECU，不具有故障自诊断能力。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够有效的提高系统的安全性和可靠性的EPS系统。
本实用新型所要解决的另一个技术问题是，提供一种能方便的与汽车内其他部分进行通讯交流，并且成本较低、可靠性较高，并具有故障自诊断能力的EPS系统。
为解决上述技术问题，本实用新型EPS系统，包括ECU、传感器、助力转向电动机和助力转向传动机构。其中ECU包括MCU控制单元、电动机驱动电路和信号采集电路。另外还包括一个监控单元，该监控单元的输入端分别与信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路相连，输出端与MCU控制单元相连。监控单元可以对上述的信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路进行监控。
上述的监控单元可以包括传感器与扭簧监控，电机电流监控和电机驱动电流监控等部分。
作为对上述技术方案的改进，上述系统中还可以包括一个保护控制电路，该保护控制电路的输入端与MCU控制单元连接，输出端与信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路和传感器相连。
为解决第二个技术问题，本实用新型EPS系统还可以包括一个CAN总线收发电路。该CAN总线与MCU控制单元电连接，所述MCU控制单元通过所述CAN总线收发电路与外界进行通讯交流。
本实用新型由于采用了一个监控单元，通过监控单元可以实现对信号采集电路、助力电动机和电动机的驱动电路等进行监控，通过保护控制电路对上述部分进行保护。从而有效的提高了系统的安全性能和工作的可靠性。通过与MCU控制单元电连接的CAN总线收发电路，可以方便、有效的与汽车内其他部分进行通讯交流，成本较低、可靠性较高，再通过与上述监控单元的结合能够实现系统的故障自诊断功能。
【附图说明】
下面参照附图结合实例对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型EPS系统一种实施例中的ECU和电动机部分的电原理框图；
图2为另一种实施例中监控单元部分及其与其它相关电路的电原理框图。
【具体实施方式】
本实用新型EPS系统包括ECU、传感器、助力转向电动机和助力转向传动机构。图1展示了本实用新型一种实施例中的ECU和电动机部分的基本情况。如图所示：系统中ECU部分包括MCU控制单元10，它的输入端与信号采集电路20相连；输出端与助力转向电动机40以及电动机的驱动电路30相连。它接受来自信号采集电路20的信息，进行相应的处理并把处理结果形成电机转动方向及助力大小的控制信息，并把控制信息输出到驱动电路30和电动机40以对其进行控制。信号采集电路20，它连接相应的传感器，主要完成对扭矩信号、车速信号、发动机转速信号等进行的采集和预处理。监控单元50的输入端分别与信号采集电路20、电动机40及其驱动电路30相连，输出端与MCU控制单元10相连，它负责对相应电路和电机进行实时监控，并将信息反馈给MCU控制单元。CAN总线收发电路60与MCU控制单元10电连接，MCU控制单元10通过CAN总线收发电路60与外界进行通讯交流，包括数据接收和发送，读取信息和传送故障代码等。
CAN总线是汽车的一种新通讯方式，本产品带有这种收发电路后，不仅能与传统的车型接口，更方便与带CAN总线的新型车型相接；不象一般的EPS只能用于不带CAN总线的车型上，本EPS与带CAN总线的车型对接不需要外接CAN总线收发转接电路。
监控单元50可以由图2中的实施例所示，由传感器、扭簧监控部分51，电机电流监控部分52和电机驱动电路监控部分53等部分组成。上述的传感器、扭簧监控部分51的输入端分别与信号采集电路20及传感器21电连接；电机电流监控部分52的输入端与助力转向电动机40电连接；电机驱动电路监控部分53的输入端与电动机驱动电路30电连接。上述传感器、扭簧监控部分51，电机电流监控部分52和电机驱动电路监控部分53的输出端分别接在MCU控制单元10的输入端上。
传感器、扭簧监测部分51可以接受来自传感器的信号，判断有无故障。其内部设有电压比较电路，当监测到传感器的输出电压超过上限电压门限或低于下线电压门限时，既可以判断出传感器存在故障。还设有时间监测电路，当监测到传感器的输出电压值长时间在特定区域外的某个固定区域时，就可以判断出传动减速机构中的扭簧疲劳失效，有故障。
电机电路监测部分52内部设有电流检测比较电路，能实时检测助力转向电动机中电流的大小，当电机电流大于某个限定值时，说明电机出现过流现象、或有故障，也有可能与之相关部件出现了故障。
电机驱动电路监控部分53内部设有电流检测比较电路，能对电机驱动电路的电流进行监视，当检测到电流过大时，说明驱动电路中出现故障。
上述的各个组成部分可以由分立元器件构成，也可以由一个集成在一起的功能模块构成，或者由各个分立的功能模块组合构成。
在图2的实施例中，还包括一个保护控制电路70，其输入端接在MCU控制单元10的输出端上；输出端分别接在电动机驱动电路30、助力转向电动机40、信号采集电路20以及传感器21上。保护控制电路70中设有限流、限压和中断等保护功能的电路，能够在MCU控制单元10的控制下对上述各个部分进行保护。保护控制电路70可以是一个单独设立的单元，也可以与监控单元50组合或者集成在一起，成为监控单元的一部分，共同实现监控及保护的功能。
上述部分的工作过程是：
在整个系统部分，传感器21收集有关转向的诸如扭矩、车速、发动机转速等的相关信息，并把这些信息传到ECU当中。ECU对这些信息进行相应的处理，形成控制信息，再向助力转向电动机40发出指令，控制电动机转动的方向和力矩的大小，再通过助力转向传动机构传到汽车的转向轴上，从而实现助力转向的实时控制。上述的传感器主要是指扭矩传感器。
在ECU部分，监控单元50对传感器21的断裂损坏、FET及其驱动失灵、传动减速机构中扭簧疲劳失效、电机过流等进行实时监控，若发现问题，把信息反馈给由MCU控制单元10，MCU控制单元10会对故障进行分析，进行分类处理，根据故障类型通知保护控制电路70立即进行相应的保护处理，如进行过流保护、断开电机离合器、切断系统电源等处理。能让EPS系统在出现紧急情况下能安全过渡到无助力的状态下正常工作，不出现危险事故。同时MCU控制单元10会把相应的故障代码通过CAN总线收发电路60转发给汽车电控系统中的其它ECU，如主控ECU等，形成自诊断信息。
本实用新型与现有技术相比安全性、可靠性大为提高，驾驶的稳定性、平顺性以及驾驶员操纵的路感也有较大的改善。

Claims (5)

1，一种电动助力转向系统，包括ECU、传感器、助力转向电动机和助力转向传动机构；其中ECU包括MCU控制单元、电动机驱动电路和信号采集电路，其特征在于：另外还包括一个监控单元(50)，该监控单元(50)的输入端分别接在与所述的信号采集电路(20)、助力转向电动机(40)以及其驱动电路(30)上，输出端接在MCU控制单元(10)上；所述的监控单元(50)对上述的信号采集电路(20)、助力转向电动机(40)以及其驱动电路(30)进行监控。
2，如权力要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的监控单元(50)包括传感器、扭簧监控部分(51)，电机电流监控部分(52)和电机驱动电路监控部分(53)；所述的传感器、扭簧监控部分(51)分别与信号采集电路(20)及传感器(21)电连接，电机电流监控部分(52)与助力转向电动机(40)电连接，电机驱动电路监控部分(53)与电动机驱动电路(30)电连接。
3，如权力要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于：还包括一个保护控制电路(70)，该保护控制电路(70)的输入端与所述的MCU控制单元(10)连接，输出端与信号采集电路(20)、助力转向电动机(40)以及其驱动电路(40)和传感器(21)相连。
4，如权力要求3所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的保护控制电路(70)是所述的监控单元(50)的一个组成部分。
5，如权力要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于：还包括一个CAN总线收发电路(60)，所述CAN总线收发电路(60)与所述MCU控制单元(10)电连接，所述MCU控制单元(10)通过所述CAN总线收发电路(60)与外界进行通讯交流。
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